МЕМБРАННЫЕ РЕЦЕПТОРЫ

Типы классификации протеинкиназ Функции протеинкиназ: фосфорилирование эффекторных белков и транскрипционных факторов 1. Мембранные и цитоплазматические 2. Серинтреонинкиназы и тирозинкиназы 3. Гормонзависимые (активируемые гормонами) 4. Гормоннезависимые (активируемые протеазами и т.д.)

Общие свойства мембранных рецепторов 1. Гликозилированные белки 2. Трехдоменная структура 3. Мультирецепторный принцип действия 4. Интернализация после связывания с лигандом 5. Инициация метаболических и транскрипционных эффектов (доминирующие и дополнительные пути проведения сигнала) 6. Cross-talking

Эффекты Десенситизация RR H Индуцируемые лигандом конформационные изменения рецептора обеспечивают параллельно проведение сигнала и десенситизацию рецептора

Интернализация рецепторов, сопряженных с G-белками. H – лиганд-агонист; ARR – β-аррестин; GRK - киназа рецепторов, сопряженных с G-белками; AP2 – комплекс адаптинов; P – фосфатные группы AP2 Клатрин PPPP PP PPPP

Факторы транскрипции RTK s o Src ShcSos Grb2 Ras Rap PLC PI3K Ca 2+ PYK2 PKC Ras GRF Raf1 MEK MAPK BRaf цАМФ PKA EPAC Rap GAPII i i q GPCR Cav Пути активации каскадов MAP-киназ рецепторами, сопряженными с G-белками. Обозначения: Ca v – кальциевые каналы; RTK – рецепторы-тирозинкиназы; PLC – фосфолипаза С; PI3K – фосфоинозитид-3-киназа; PYK2 – богатая пролином тирозинкиназа 2; PKC и PKA – протеинкиназы C и A; GAP – белок, активирующий ГТФазу; GRF – фактор, высвобождающий гуаниновые нуклеотиды; MAPK – активируемая митогенами протеинкиназа; MEK = киназа MAPK; EPAC – активируемый цАМФ белок обмена; Shc – фактор с гомологией киназам Src и коллагену; Grb2 – фактор 2, связанный с рецепторами ростовых факторов; Sos – фактор, ассоциированный с рецепторами, отличными от GPCRs (= son of sevenless)

Сигнальный каскад Рецепторы, сопряженные с G- белками Рецепторы, сопряженные с адапторными белками (рецепторы с доменом смерти, рецепторы адипонектина и др.) Рецепторы, сопряженные с тирозинкиназами Рецепторы, сопряженные с G- белками Рецепторы с доменом смерти, сопряженные с адапторными белками (на примере рецептора TNFα) Рецепторы адипонектина Рецепторы, сопряженные с тирозинкиназами класса Janus (рецепторы цитокинов) Адапторы/ Акцепторы сигнала G-белки TRADD APPL1 Тирозинкиназы класса Janus Пути передачи сигнала Аденилат- циклаза Фосфолипаза, PI3K Протеинкиназы, каспазы Протеинкиназы Низкомолекулярные внутриклеточные посредники цАМФ Ca 2+, ДАГ, ИФ 3, PIP3 нет Другие белковые посредники и активируемые протеинкиназы ПК-А, Каскад MAP- киназ (только в некоторых органах) ПК-С, CaMKFADD (каспазный каскад), TRAF ( Каскад MAP- киназ), RIP ( активация NFkB, каспазный каскад), Каскад MAP-киназ (MEK, ERK1/2, р38) Белки семейства STAT, Каскад MAP-киназ, Дополнительные киназы (PI3K, ACT, Rac) Суперсемейства мембранных рецепторов, не обладающих ферментативной активностью

Суперсемейства мембранных рецепторов, обладающих ферментативной активностью Рецепторные тирозинкиназыРецепторные серинтреонинкиназы Рецепторные гуанилатциклазы Адапторы/ Акцепторы сигнала нет Пути передачи сигнала Адапторы/RAS- белок Фосфатидилинози тол-3-киназа (PI3K), Фосфолипаза Транскрипционные факторы Smad Протеинкиназы TAK-1 (гомолог MAPKKK) - Низкомолекулярные внутриклеточные посредники нет ФИФ3 (PIP3), Ca 2+, ДАГ (DAG), ИФ 3 (IP3) нетцГМФ Активируемые протеинкиназы и другие белковые посредники Каскад MAP- киназ, (протеинкиназы ERK и др.) ПК-С PI3K Транскрипционные факторы Smad Протеинкиназы TAK-1 (гомолог MAPKKK) цГМФ-зависимые протеинкиназы

Пути передачи сигнала Активируемые преимущественно одним надсемейством рецепторов (например, аденилатциклазный путь и изменение уровня цАМФ) Активируемые через различные надсемейства рецепторов (MAP-киназный каскад, обмен фосфатидилинозитидов и фосфоинозитидов)

Пути передачи сигнала, активируемые через различные надсемейства рецепторов

Касакад митогенактивирующих (МАР) киназ (MAP-киназный путь) малые ГТФ-азы: RAS-белок, Rho и др. Протеинкиназы (MAPKKK) - Raf, MEKK, TAK1 Киназы, активирующие группу митогенактивирующих киназ (MAPKK) – MEK, MKK и др. ERK Группа эффекторных MAP-киназ (MAPK) JNKp38 Выживание, дифференцировка,пролиферация клеток Индукция апоптоза Jun, p53Fos, AP-1 и др.ANF2, Elk1 Факторы роста (рецепторные тирозинкиназы) Инсулин, ИФР (рецепторные тирозинкиназы) Лиганды рецепторов, сопряженных с G- белками

Обмен фосфатидилинозитидов Фосфатидилинозитиды (PIs) Фосфатидилинозитол-3-фосфаты (PIP3) Фосфатидилинозитолкиназы (PIKs) Фосфолипаза С Диацилглицерол (ДАГ, DAG) Инозитолтрифосфат (ИФ3, IP3) Активация эффекторных ПК (Act и др.)

Фосфатидилинозитольный путь ( Активация сигнальных каскадов через фосфатидилинозитол-3- киназу 1 (PI3K1)) Ras-белки Βγ-субъединицы G- белков IRS PI3K1 PIP2 (фосфатидил- инозитол-2- фосфат) PIP3 ( фосфатидилинозитол-3-фосфат) Akt Выживание клеток ПКСγ ПКСε Ингибирование апоптоза ДАГ ИФ3 ФЛ Инсулин, ИФР Факторы роста Лиганды и рецепторы, сопряженные с G-белками Цитокины Рецепторы, сопряженные с JAK-киназой Рецепторы- тирозинкиназы

Фосфоинозитольный путь проведения сигнала ФЛ С ИФ3-чувствительные кальциевые каналы Са 2+ ПК С Диацилглицерол Фосфорилирование ПК С-зав. белков Арахидоновая к-та ГЦ ФЛ А2 ПГ СаМ СаМ-ПК И3Ф Фосфатидил- инозитиды Gq-белки Βγ-субъединицы G- белков Рецепторы- тирозинкиназы

Рецепторы, сопряженные с G-белками

Связывающие сайты для лиганда и G-белка

A A i q s 12 Независимые от G-белков эффекты Аденилатциклазы ионные каналы фосфодиэстеразы фосфолипазы PLC DAG Ca 2+ PKC Аденилат- циклазы RhoGEFs Rho Ионные каналы PI3K, PLC аденилатциклазы ГТФазная активность Факторы транскрипции экспрессия генов Роль G-белков и основные пути проведения сигналов рецепторами, сопряженными с G-белками Обозначения: A – агонист; ромб – ГДФ; шестиугольник – ГТФ; PLC – фосфолипаза C; DAG – диацилглицерол; PKC – протеинкиназа C; PI3K – фосфоинозитид-3-киназа; GEF – гуаниннуклеотид-обменивающий фактор; Rho – ГТФаза семейства Rho

Пути проведения метаболического и пролиферативного сигнала рецепторами, сопряженными с G-белками G-белки Gs-белкиGi-белкиGq-белкиGs, Gi, Gq, Go-белки RAS-белок Каскад MAP- киназ Транскрипцион- ные факторы (CREB) Тканеспецифическое действие на транскрипцию, пролиферативный сигнал АЦ цАМФ АЦ цАМФ ФЛ-С δ, β ДАГ, ИФ3, Ca 2+ ПК С Ионные каналы Доминантные метаболические пути ПК А Raf(MAPKKK)

Аденилатциклазный путь α ГДФ ГТФ АЦ АТФ цАМФ ГДФ ПК А Фосфорилирование ПК А-зав. белков Гидролиз ГТФ до ГДФ

Фосфоинозитидный путь проведения сигнала

Типы фосфолипаз 1.Фосфолипаза-бета (активируется βγ-субъединицами G-белка и белками Gq) 2.Фосфолипаза С дельта (активируется белками Gq) 3. Фосфолипаза С гамма (активируется рецепторами- тирозинкиназами) 4. Фосфолипаза А2 (активируется ионами кальция)

Обмен фосфатидилинозитидов Фосфатидилинозитиды (PIs) Фосфатидилинозитол-3-фосфаты (PIP3) Фосфатидилинозитолкиназы (PIKs) Фосфолипаза С Диацилглицерол (ДАГ, DAG) Инозитолтрифосфат (ИФ3, IP3) Активация эффекторных ПК (Act и др.) Gq-белки

Фосфоинозитольный путь проведения сигнала αqαq ГДФ ГТФ ФЛ С-бета ИФ3-чувствительные кальциевые каналы Са 2+ ПК С Диацилглицерол Фосфорилирование ПК С-зав. белков Арахидоновая к-та ГЦ ФЛ А2 ПГ СаМ СаМ-ПК ИФ3

Активация сигнальных каскадов через фосфатидилинозитол-3-киназу 1 (PI3K1) Βγ- субъединицы G-белков PI3K1 PI-4,5-P2PI-3,4,5-P3 Akt Выживание клеток ПКСγ, ПКСε Ингибирование апоптоза

MAP-киназный путь малые ГТФ-азы (RAS-белок, Rho и др.) Серинтреонинкиназа Raf Каскад киназ, активирующих группу митогенактивирующих киназ (MAPKKK, MAPKK) ERK Группа эффекторных MAP-киназ (MAPK) JNKp38 ПКС G12-белок

Рецепторы, сопряженные с JAK-киназами

Семейства рецепторов, сопряженных с JAK-киназами Семейство 1: рецепторы гормонов семейства СТГ, лептина, эритропоэтина, интерлейкинов (кроме ИЛ-10) Семейство 2: рецепторы интерферонов и ИЛ-10 Семейство 3: рецепторы антигенов Т и В лимфоцитов

Структурные варианты рецептора пролактина WSXWS- бокс Цистеиновые остатки, принимающие участие в связывании гормона 2 фибронектин- подобных домена Бокс 1 внутри- клеточного домена, сайт связывания с JAK-TK Бокс 2 внутриклеточного домена, сайт фосфорилирования под действием JAK-TK

Сайт 1Сайт 2 S-S связь Гормон роста Jak2 P P Гипотетический механизм активации рецептора гормона роста

Эквивалентная конц. высокая конц. антагонист Роль димеризации рецепторов цитокинов

Зависимость действия СТГ от его концентрации Stuart J., )низкая концентрация 2)высокая концентрация 3)добавление антагониста 1)3) 2)

Пути проведения сигнала гомодимерами длинных и коротких изоформ рецептора пролактина

Негативная обратная связь и терминация рецепторного цикла

РЕЦЕПТОРНЫЕ ТИРОЗИНКИНАЗЫ

ECD TMD ICD Cys TKD ErbB(1-4) EGF TGFα Неурегулины Амфирегулин Бетацеллюлин BP-EGF Фактор роста вируса коровьей оспы IgIII K1 K2 IgI IgII FGFR(1-4) FGFs Trk(A-C) Нейротропины NGF BDNF PDGFR(α-β) VEGFR1 CSF1R SCFR CSF1 SCF VEGFR(2-3) PDGFsVEGFs PLGF TrkE Коллагены Flt3 FL Cys CLD1 CLD2 CLD3 CLD4 RET GDNF- GFRα FNIII-3 FNIII-2 FNIII-1 Ig2 Ig1 EGF-1 EGF-2 EGF-3 TIE-2 [TIE-1] [TEK] Ангиопоэтин 1 Эфрины EphA(1-8) EphB(1-6) FNIII-2 FNIII-1 Ig2 Ig1 AXL/UFO Белки клеточной адгезии (?) FNIII-2 FNIII-1 Cys

Типы фосфолипаз 1.Фосфолипаза-бета (активируется βγ-субъединицами G- белка и белками Gq) 2.Фосфолипаза С дельта (активируется белками Gq) Фосфолипаза С гамма (активируется рецепторными тирозинкиназами) 3. Фосфолипаза С гамма (активируется рецепторными тирозинкиназами) 4. Фосфолипаза А2 (активируется ионами кальция)

PLCγ Ig-II Ig-III Ig-I ECD TMD K1 K2 P FGF гепарин P P P P P P P SNT P Shp Grb P Sos Ras MAPK Crk P P Shc P Grb P Ras MAPKCa 2+ PIs DAG P ERK ? PKC Пути проведения сигнала рецепторами факторов роста фибробластов SNT-гомолог субстрата рецептора инсулина

Jak Stat Jak Stat ErbB Src Stat P P Jak P P P P P Src P P EGF Клеточное ядро Активация транскрипционных факторов группы STAT рецепторами семейства ErbB

155 Cys S 591 S S P P P S SS FNIII-1 FNIII-2 киназа P P P Тетрамерный рецептор инсулина

PI3K Grb2 Sos Ras 3-фосфатидилинозитиды фосфолипиды эффекторные белки метаболизм дифференцировка рост инсулин IRS1Shc INSR Конкурирующие пути проведения сигнала тетрамерными рецепторными тирозинкиназами Shc - трансформирующий белок с доменом гомологии с Src IRS – субстрат рецептора инсулина

РЕЦЕПТОРНЫЕ серинтреонинкиназы

Система мембранных рецепторов серинтреонинкиназ. Рецептируемые сигнальные соединения Рецептируемые гормоны: ТРФ-бета Активины Ингибины ФРМК Ростовые и дифференцировочные факторы: Белки морфогенеза кости (BMPs)

Система мембранных рецепторов серинтреонинкиназ. Типы рецепторов 1.Рецептор типа I и Рецептор типа II гомологичны по структуре N-концевой внеклеточный домен: гликозилированный лигандсвязывающий Короткий трансмембранный домен С-концевой внутриклеточный домен: участок серинтреонинкиназы 2.Вспомогательные рецептор типа III (бетагликан): N-концевой внеклеточный домен: длинный, сильно гликозилирован, лигандсвязывающий Короткий трансмембранный домен С-концевой внутриклеточный домен: короткий, не обладает киназной активностью есть растворимая форма

Система мембранных рецепторов серинтреонинкиназ. Функции рецепторных вариантов 1.Вспомогательные рецептор типа III (бетагликан): снабжает истинные рецепторы лигандом не является абсолютно необходимым для проведения сигнала 2.Рецептор типа II: Конститутивно активен Определяет гормональную специфичность сигнала После взаимодействия с лигандом сближается с рецептором типа I и фосфорилирует а/к его примембранного участка по серину и треонину 3.Рецептор типа I: Может связывать лиганд Конститутивно неактивен Определяет проведение сигнала и направленность эффекта

SS PP PP I I II Димерный лиганд киназа Конститутивная активность Активность, индуцируемая фосфорилированием Организация рецепторных серин/треонинкиназ

T R Smad P TAB1 TAK1 (MAPKKK) SEK1MKK3 SAPKp38 Факторы транскрипции HREs Основные пути проведения сигнала рецепторными серин/треонинкиназами Smad – транскрипционные факторы

РЕЦЕПТОРНЫЕ гуанилатциклазы

Система мембранных рецепторов гуанилатциклаз Рецептируемые лиганды Натрийуретические пептиды А, В и С Гуанилины Термостабильный бактериальный энтеротоксин

Система мембранных рецепторов гуанилатциклаз. Структура и типы рецепторов Структура: Внеклеточный домен: Гликозилирован, лигандсвязывающий карман 3 петли, образованные дисульфидными связями Короткий трансмембранный домен Внутриклеточный домен: примембранный киназа-гомологичный домен, С-концевой гуанилатциклазный домен Типы рецепторов: NPR-A (ГЦ-А) NPR-В (ГЦ-В) NPR-С (ГЦ-С) – клиренс-рецептор с коротким внутриклеточным доменом

GC KHD ATP TM ECD лиганд ГТФ цГМФ дефосфорилирование (десенситизация) ATP ПК-Г PP Цикл рецепторов-гуанилатциклаз. ECD – внеклеточный домен; TM – трансмембранный домен; KHD – киназа-гомологичный домен; GC – гуанилатциклазный домен; ПК-Г – протеинкиназа Г; P – фосфат. Знаками «+» и «-» обозначены положительные и отрицательные внутримолекулярные взаимодействия Киназагомологич- ный домен Гуанилатциклаз- ный домен